將超表面與液晶技術結合起來的新型超透鏡

500多年來,人類已經掌握了將玻璃做成透鏡使光線發生折射,然后彎曲或組合這些透鏡,使近距離和遠距離圖像放大以及變清晰的技術。

然而在過去近十年的時間內,美國哈佛大學的科學家費德里科·卡帕索(Federico Capasso)開始通過設計平面光學超表面改變光學領域,并利用數百萬個細微的、薄而透明的石英柱陣列來衍射和塑造光線的流動。這與玻璃透鏡的方式大致相同,但卻不像玻璃那樣與生俱來地受"像差"制約。


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超透鏡進行光折射的圖示


這項技術在2019年被世界經濟論壇(WEF)評為十大新興技術之一。它表明這些越來越小、越來越清晰的透鏡很快就會出現在照相手機、傳感器、光纖線路以及諸如內窺鏡之類的醫學成像設備中。

使超透鏡可重構

近日,美國凱斯西儲大學物理系教授 Giuseppe Strangi  與哈佛大學的合作伙伴們將超透鏡的研究又推進了一步,使它們變得“可重構”,從而更加有用。


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Giuseppe Strangi觀察超透鏡陣列


Strangi 表示,他們通過利用納米力使液晶在這些微柱之間滲透,從而使微柱以全新的方式塑造和衍射光線,“調節”聚焦力來做到這一點。

液晶是格外有用的,因為可以對其進行熱、電、磁或光學操作,這樣有望帶來“柔性”或“可重構”的透鏡。

Strangi 在凱斯西儲大學的 Nanoplasm 實驗室研究的是“極端光學”以及“納米尺度上光線與物質的相互作用”等。他表示:“從16世紀開始我們就知道這項技術,我們相信它有望革新光學。到目前為止,一旦玻璃透鏡被塑造成剛性曲面,就只能以一種方式彎曲光線,除非與其他透鏡組合或者通過物理方式移動它?!?/p>

超透鏡改變了這一點,因為它允許通過控制光線的相位、幅度和偏振來設計波前。

現在,研究人員已經能夠通過控制液晶,讓這些新型超透鏡向著新的科技方向發展,以產生可重構的結構光。

Strangi 表示:“這只是第一步,然而使用這些透鏡有很多的可能性。我們已經在聯絡對這項技術感興趣的公司?!?/p>

Lininger  表示,超表面目前應用所面臨的一部分問題是,它們的形狀在生產環節就已經固定,但是“通過實現超表面的可重構性,可以突破這些限制?!?/p>

Capasso 開創了平面光學研究領域,并在2014年首先發表了關于超透鏡的研究。他將用液晶滲透超透鏡的創意歸功于 Strangi,并表示這項創新代表朝著更偉大的目標邁出了一步。

Capasso 表示:“我們用液晶可再生產地滲透最先進的超透鏡(由一億五千萬個納米級直徑的玻璃柱制成)以及顯著改變其聚焦特性的能力,預示著我所期待的振奮人心的科技未來將從可重構的平面光學中產生?!?/p>

原文鏈接:https://phys.org/news/2020-08-lens-world-metalens-liquid-crystal.html

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